Физические свойства Металловпрезентация к уроку по химии на тему

Положение неметаллов и металлов: таблица Менделеева

По внешним признакам и физическим свойствам не всегда можно выяснить, к какой группе относится химический элемент. Свойства металлов и неметаллов можно определить по расположению в периодической таблице.

Для этого нужно зрительно провести диагональ от бора до астата, от 5 до 85 номера. В правом верхнем углу будут преимущественно находиться неметаллы. Их в таблице меньшинство, всего 22 элемента. Металлы находятся в правой части периодической таблицы наверху — в основном в I, II и III группах.

Конспект урока — Металлы — 9 класс

Коммуникативные УУД: уметь оформлять свои мысли в письменной и устной форме, вести дискуссию, уметь доказывать свою точку зрения.

Регулятивные:

уметь самостоятельно обнаруживать и формулировать учебную проблему, определять цель, составлять план решения проблем.

Урок учитывал направленность класса. В классе 12 человек: 3 мальчиков и 8 девочек. Класс имеет средний творческий потенциал. Основной вид деятельности – учеба, но не все учащиеся заинтересованы в получении новых знаний. Успеваемость в классе – средняя. Ученики активные, любят доказывать свои позиции, обладают достаточными знаниями и навыками, мотивированы к самообразованию, готовы проявлять творческий подход к делу, искать нестандартные способы решения проблем.

Общий уровень дисциплины в классе – допустимый. Поэтому мотивационный этап прошел в соответствии с моими планами. Дети заинтересовались.

Каждый из учащихся комфортно чувствует себя в классе. Конфликтных ситуаций между учащимися группы не наблюдалось. Так как не все учащиеся класса заинтересованы в получении новых знаний, я поставила перед собой следующие задачи:

— заинтересовать учащихся, используя демонстрацию дополнительных источников (образцы металлов и сплавов и изделий из них) и электронной презентации;

— вызвать заинтересованность применением металлов и сплавов в быту;

— применением исследовательского метода (изучение свойств металлов).

Для решения поставленных задач я использовала следующие дидактические материалы:

— образцы металлов и сплавов и изделий из них;

— мультимедийный комплекс (компьютер, проектор);

— мультимедийная презентация;

— учебник О. С. Габриелян «Химия. 9 класс»;

— дополнительная литература.

Изучение нового материала осуществлялось в соответствии с требованиями ФГОС: начиналось с наводящих вопросов, показывающих связь его с ранее пройденным, подведение учащихся к самостоятельному формулированию новой темы, определению цели урока, составлению плана урока. При определении темы упор делался на имеющиеся у учащихся знания и умения, особое внимание акцентировалось на практическую значимость получаемых знаний, поэтому учащиеся смогли назвать тему урока.

На данном уроке применялся системно-деятельностный метод обучения, который был реализован в учебной, практической деятельности учащихся.

Исследовательский метод обучения наиболее эффективный способ получения и освоения материала для подростков, поэтому нацелил их на практико-ориентированную деятельность. Использование задачи практической направленности помогло понять учащимся, как применить знания, полученные на уроке, в повседневной жизни, а также соблюдение техники безопасности.

Энергетический уровень

Отличия неметаллов и металлов первоначально обусловлены строением их атомов. Начнем с количества электронов на внешнем энергетическом уровне. У атомов металлов оно варьирует от одного до трех. Как правило, они обладают большим радиусом, поэтому атомы металлов достаточно легко отдают наружные электроны, так как имеют сильные восстановительные свойства.

У неметаллов число электронов на внешнем уровне больше. Это объясняет их окислительную активность. Неметаллы присоединяют недостающие электроны, полностью заполняя энергетический уровень. Самые сильные окислительные свойства проявляют неметаллы второго и третьего периода VI-VII групп.

Заполненный энергетический уровень содержит 8 электронов. Самой большой окислительной способностью обладают галогены с валентностью I. Среди них лидирует фтор, так как у этого элемента нет свободных орбиталей.

2.2. Общие химические свойства неметаллов.

С водородом неметаллы образуют летучие соединения, как, например, фтороводород HF, сероводород H3S, аммиак NH4, метан CH5. При растворении в воде водородные соединения галогенов, серы, селена и теллура образуют кислоты той же формулы, что и сами водородные соединения: HF, HCl, HCl, HBr, HI, H3S, H3Se, H3Te.

С кислородом неметаллы образуют кислотные оксиды. В одних оксидах они проявляют максимальную степень окисления, равную номеру группы (например, SO2, N2O5), а других — более низкую (например, SO2, N2O3).

Строение металлов и неметаллов: кристаллические решетки

Физические свойства веществ определяются порядком расположения элементарных частиц. Если условно соединить их воображаемыми линиями, то получится структура, которая называется кристаллической решеткой. В ее узлах могут находиться разные структуры: атомы, молекулы или заряженные частицы — ионы.

У некоторых неметаллов формируется атомная кристаллическая решетка, частицы которой соединены ковалентными связями. Вещества с таким строением твердые и нелетучие. К примеру, фосфор, кремний и графит.

В молекулярной кристаллической решетке связь между элементарными частицами слабее. Обычно подобные неметаллы находятся в жидком или газообразном агрегатном состоянии, но в некоторых случаях — это твердые легкоплавкие неметаллы.

В любом образце металла часть атомов теряет наружные электроны. При этом они превращаются в положительно заряженные частицы — катионы. Последние снова соединяются с электронами, образуя нейтрально заряженные частицы — в металлической решетке одновременно находятся катионы, электроны и атомы.

Тест по теме

1. /10
   Вопрос 1 из 10

   Как изменяются металлические свойства в таблице Менделеева?

   Начать тест

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

• Александр Котков

  10/10

• Александр Жабко

  9/10

• Евгения Медникова

  10/10

• Александр Котков

  10/10

• Лидия Маслова

  10/10

Физические свойства

Начнем с агрегатного состояния. Традиционно принято считать, что все металлы — твердые вещества. Исключением является только ртуть, тягучая жидкость серебристого цвета. Ее пары являются контаминантом — токсичным веществом, вызывающим отравление организма.

Еще одна характерная черта — металлический блеск, который объясняется тем, что поверхность металла отражает световые лучи. Еще одна важная особенность — электро- и теплопроводность. Это свойство обусловлено наличием в металлических решетках свободных электронов, которые в электрическом поле начинают двигаться направленно. Лучше всех проводит тепло и ток ртуть, наименьшими показателями обладает серебро.

Металлическая связь обусловливает ковкость и пластичность. По этим показателям лидирует золото, из которого можно раскатать лист толщиной в человеческий волос.

Чаще всего физические свойства металлов и неметаллов противоположны. Так, последние характеризуются невысокими показателями электро- и теплопроводности, отсутствием металлического блеска. При обычных условиях неметаллы находятся в газообразном или жидком состоянии, а твердые всегда хрупкие и легкоплавкие, что объясняется молекулярным строением неметаллов. Алмаз, красный фосфор и кремний — тугоплавкие и нелетучие, это вещества с немолекулярным строением.

Структура и свойства металлов

3. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

3.1. Общая характеристика металлов.

В технике под металлами понимают материалы, обладающие целым комплексом специфических физических, химических, технологических и механических свойств.

Физические свойства отражают поведение материалов в различных полях (гравитационных, тепловых, электромагнитных). К наиболее характерным физическим свойствам металлов следует отнести их относительно высокую плотность, тепло- и электропроводность

, а также
металлический блеск
и способность испускать электроны при нагреве.

С точки зрения химических свойств металлы это химические элементы, расположенные в левой части таблицы Менделеева. Атомы этих элементов имеют на внешней электронной оболочке небольшое число электронов, слабо связанных с ядром. Вступая в химическое взаимодействие с неметаллами, атомы металлов легко отдают им свои внешние валентные электроны и становятся положительно заряженными ионами.

Технологические свойства отражают способность материалов подвергаться тому или иному виду обработки. К наиболее характерным технологическим свойствам металлов следует отнести их относительно хорошую деформируемость

(в частности,
штампуемость, ковкость
),
свариваемость
, а также возможность получать из них изделия методом литья.

Механические свойства отражают способность материалов сопротивляться деформации и разрушению под воздействием различного рода нагрузок. К наиболее характерным механическим свойствам металлов относят их достаточно высокую пластичность и вязкость

, а также сравнительно высокую прочность и твёрдость.

Большинство из вышеназванных характерных свойств металлов объясняется особенностями их структуры. Атомы металлов, находящихся в твёрдом стоянии, связаны между собой специфической химической связью, называемой металлической

. Такая связь осуществляется за счёт обобществления всех валентных электронов атомами металла. При этом сами атомы становятся положительно заряженными ионами, а обобществлённые ими электроны образуют в объёме металла «газ», или точнее «жидкость», относительно свободных электронов. Таким образом, на атомарном уровне металлы выглядят как совокупность положительно заряженных ионов, расположенных в узлах кристаллической решётки, которые «омываются электронной жидкостью».

Наличием электронной жидкости (газа) объясняются такие характерные свойства металлов как их высокая электро — и теплопроводность, а также металлический блеск. Кроме того, металлическая связь позволяет атомным слоям сравнительно легко скользить друг относительно друга при пластическом деформировании, что обеспечивает металлам достаточно высокую пластичность.

3.2. Классификация металлов.

Все металлы можно разделить на две большие группы: на черные металлы и цветные металлы.

Чёрные металлы имеют темно-серый цвет, высокую температуру плавления и относительно высокую твёрдость. Цветные металлы имеют характерную окраску (белую, желтую, красную), обладают большей пластичностью, меньшей твёрдостью и относительно невысокой температурой плавления.

Черные металлы, в свою очередь, можно разделить на 5 групп:

1. Металлы группы железа — Fe, Cо, Ni и Mn.

Fe составляет основу самых распространённых в промышленности сплавов – сталей и чугунов. Остальные металлы этой группы применяются либо в качестве добавок в сплавах железа, либо в качестве основы для соответствующих сплавов (кобальтовых, никелевых и т. п.).

2. Тугоплавкие металлы — Ti, V, Cr, Mo, W и др.

Их температура плавления выше, чем у железа. Металлы этой группы используют обычно в качестве добавок к легированным сталям, либо в качестве основы для специальных сплавов (например, титановых). Вольфрам в чистом виде используют для изготовления нитей накала в электролампах.

3. Урановые металлы — актиноиды — Ac, Th и т. д. Применяются, как правило, в сплавах для атомной энергетики.

4. Редкоземельные металлы — лантаноиды — La, Ce и т. д. Обычно встречаются в смешанном виде и имеют близкие свойства. Применяются, как правило, в специальных сплавах, обладающих особыми свойствами.

5. Щелочные металлы — Li, Na, K и т. д. Отличаются высокой активностью и поэтому в свободном виде не используются.

Цветные металлы подразделяют на 3 группы:

1. Легкие металлы — Al, Mg, Be. Обладают сравнительно низкой плотностью. Al из-за своей высокой электропроводности широко применяется для изготовления электропроводов.

2. Благородные металлы — Au, Ag, Pt и т. д. в том числе Cu. Отличаются высокой коррозионной стойкостью, пластичностью и электропроводностью. Широко применяются в микроэлектронике и ювелирном деле. Медь используют также для получения бронз и латуней.

3. Легкоплавкие металлы — Sn, Pb, Zn, Hg и т. д. Имеют сравнительно низкую температуру плавления. Температура плавления ртути (Hg) ниже комнатной и поэтому данный металл в обычных условиях является жидким.

Наиболее распространенным металлом на земном шаре является Al (8,8%). На втором месте стоит железо (4,65%).

3.3. Кристаллическая структура металлов.

В отличие от ковалентной связи металлическая связь не является строго направленной в пространстве и допускает произвольное число взаимодействующих частиц. В результате атомы металлов, стремясь к состоянию с наименьшей энергией, наиболее компактным образом располагаются в пространстве. Таким плотным атомным упаковкам соответствуют 3 типа кристаллических структур: объёмоцентрированная кубическая структура (ОЦК-структура), гранецентрированная кубическая структура (ГЦК-структура) и гексагональная плотноупакованная структура (ГПУ-структура). Именно эти структуры чаще всего наблюдают у металлов.

1. ОЦК-структура (рис. 3.2.) наблюдается у таких металлов как Cr, Mo, W, V и др. Координационное число в данном случае равно 8 (на ближайшем равном расстоянии от любого атома находится здесь 8 аналогичных атомов). Коэффициент компактности достигает величины 0,68. Это означает, что 68% объёма металла занято атомами, а остальную его часть составляют пустоты. Базис образуют два атома металла (один атом, расположенный в центре ОЦК-ячейки, полностью ей принадлежит, и ещё один атом (8 по ⅛) дают узлы, расположенные в вершинах ячейки).

Рис. 3.2. Элементарная ячейка Рис. 3.3. Элементарная ячейка

ОЦК-структуры. ГЦК-структуры.

2. ГЦК-структура (рис. 3.3) характерна для Al, Cu, Ni, Ag, Au и Pt. Координационное число здесь равно 12, а коэффициент компактности имеет значение 0,74. Базис образуют четыре атома металла (каждый атом, расположенный в центре грани принадлежит ячейке только наполовину, а поскольку таких атомов 6, то получается ровно 3; плюс один атом дают узлы, расположенные в вершинах ячейки).

3. ГПУ-структура наблюдается у таких металлов как Mg, Zn, Be и др. Хотя ГПУ-структуру можно описать и с помощью меньшей по объёму примитивной ячейки, в данном случае в качестве элементарной ячейки лучше выбрать шестигранную призму, которая нагляднее отражает гексагональную симметрию кристалла (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Элементарная ячейка ГПУ-структуры.

Координационное число для такой структуры равно 12 (если за начало отсчёта принять атом, расположенный в центре грани, то на равном ближайшем расстоянии от него находится 6 атомов, плюс по 3 атома сверху и снизу). Коэффициент компактности, как и у ГЦК-структуры, имеет значение 0,74. Базис образуют 6 атомов металла (3 атома внутри призмы полностью ей принадлежат; атомы в центре верхней и нижней грани принадлежат ячейке только наполовину, а каждый из 12 атомов в вершинах призмы принадлежит рассматриваемой ячейке лишь на 1/6 часть, поскольку находится на пересечении 6 аналогичных ячеек).

Встречаются у металлов и другие, менее плотные структуры, но гораздо реже, чем три вышеназванные.

3.4. Полиморфизм металлов.

Полиморфизм

это такое явление, когда материал в одном интервале температур или давлений имеет одну кристаллическую структуру, а в другом — другую. Температуру и давление, при которых наблюдается смена кристаллической структуры материала, называют соответственно температурой и давлением
полиморфного(аллотропического)превращения
.

Различные кристаллографические модификации одного материала принято обозначать буквами греческого алфавита α, β, g, δ, ε, σ и т. д. Модификацию, наблюдаемую при самых низких температурах, обозначают буквой α, при более высоких температурах – β, и т. д.

Ярким примером полиморфизма у неметаллических материалов является наличие двух кристаллографических модификаций у чистого углерода, которые известны нам как алмаз и графит. И тот и другой материал по химическому составу идентичны, а отличие состоит лишь в кристаллической структуре. В результате свойства данных материалов оказываются существенно отличными. Графит мягкий, хрупкий и непрозрачный материал, в то время как алмаз является одним из наиболее твёрдых минералов, встречающихся в природе, и, как правило, прозрачен.

Полиморфизм достаточно распространённое явление в мире металлов. Например, у Со с повышением температуры ГПУ-структура перестраивается в ГЦК-структуру, а у Ti ГПУ-структура перестраивается в ОЦК-структуру.

Наиболее ярко полиморфизм проявляется у железа, которое два раза при нагреве меняет свою кристаллическую структуру.

ОЦК ГЦК ОЦК жидкость

α-Fe β-Fe γ-Fe δ-Fe

768 911 1392 1539 Т, °С.

При температурах ниже 768°С железо является ферромагнитным, а при температурах выше 768°С – парамагнитным. Ранее считали, что это связано с изменением кристаллической структуры железа и поэтому ферромагнитное железо стали обозначать α-Fe, а парамагнитное – β-Fe. Позже выяснилось, что изменение магнитных свойств железа не связано с изменением его кристаллической структуры. И то и другое железо имеют одинаковую ОЦК-структуру. Однако исторически сложившееся подразделение железа на α-Fe и β-Fe сохранили.

В интервале температур от 911 до 1392 °С железо имеет ГЦК-структуру и такое железо обозначают γ-Fe. ГЦК-структура отличается от ОЦК-структуры более высокой плотностью. Поэтому при нагреве железа до температур выше 911°С наблюдается уменьшение размера (объёма) образца.

В интервале температур от 1392 до 1539°С железо вновь имеет ОЦК-структуру, но с периодом решётки чуть большим чем у α-Fe. Такое железо обозначают δ-Fe. При температуре 1539°С чистое железо плавиться и превращается в жидкость.

Другим ярким примером полиморфизма металлов является так называемая «оловянная чума». При температурах ниже -30°С белое и пластичное β-олово (β –Sn) превращается в α-Sn, которое является серым порошком.

Что такое полуметаллы

В периодической таблице между металлами и неметаллами находится ряд химических элементов, которые занимают промежуточное положение. Их называют полуметаллами. Атомы полуметаллов связаны ковалентной химической связью.

Эти вещества совмещают признаки металлов и неметаллов. К примеру, сурьма является кристаллическим веществом серебристо-белого цвета и вступает в реакцию с кислотами, образуя соли — типичные металлические свойства. С другой стороны, сурьма — очень хрупкое вещество, которое не поддается ковке, а измельчить его можно даже вручную.

Итак, типичные неметаллы и металлы обладают противоположными свойствами, но деление это достаточно условно, поскольку ряд веществ сочетает в себе и те и другие признаки.

Химические

Металлы – сильные восстановители. Элементы, стоящие левее водорода, реагируют с простыми и сложными веществами, образуя соли, кислоты, оксиды и гидроксиды:

• с кислородом –
  4Al + 3O2 → 2Al2O3;
• с галогенами –
  2К + Cl2 → 2KCl;
• с серой –
  Fe + S → FeS;
• с фосфором –
  3Mg + 2P → Mg3P2;
• с азотом –
  3Ca + N2 → Ca3N2;
• с кислотами –
  Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2;
• с солями (замещает менее активный металл) –
  AgNO3 + Na → NaNO3 + Ag;
• с водой –
  Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2.

Вместе с увеличением металлических свойств в периодической таблице усиливаются кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов металлов. Слева направо свойства изменяются от основных (у натрия, калия, кальция) до амфотерных (у сурьмы, свинца, алюминия).

Чем дерево похоже на металл и в чем их отличия

Дерево — это растительное сырье. Металл же это результат природного химического соединения. Чем отличается дерево от металла:

• Древесина не проводит электричество и возгорается при довольно низкой температуре по сравнению с металлами.
• Древесина не плавится при воздействии высоких температур.
• Также дерево плохо проводит тепло, в отличие от металлов.
• Древесина упругая, но не гибкая. Металлы же имеют более низкий коэффициент упругости, но они более пластичны. Так сложить пополам проволоку и не сломать ее можно легко, древесина при таком воздействии сломается пополам.
• Также отличительной чертой древесины от металла является то, что она не покрывается коррозией. Есть породы дерева, которые могут долгое время находиться в воде и не гнить. Металлы же при таких условиях покрываются ржавчиной.
• Плотность древесины достаточно низкая по сравнению с металлами. Хотя некоторые металлы имеют плотность ниже дерева, они относятся к легким металлам.

Чем металлы отличаются друг от друга

Многие не знают, чем металлы отличаются от металлов. Их различия можно классифицировать:

• Металлы между собой отличаются по цвету, как, например, золото и медь.
• Также металлы плавятся при разных температурах. Некоторые металлы, например, олово и свинец, можно расплавить в домашних условиях, а вот для остальных нужна более высокая температура.
• Между собой металлы делятся на две группы: тяжелые и легкие. К тяжелым металлам относятся те, чья плотность составляет от 5 г/см3, легкие металлы имеют плотность меньше 5 г/см3. К легким металлам относится литий, который имеет плотность 0.2 г/см3, место самого тяжелого металла делят между собой осмий и иридий. Их плотность составляет 22.6 г/см3.
• Металлы отличаются друг от друга пластичностью и электропроводность. Некоторые из них очень пластичны. К примеру, из всего лишь 1 грамма золота можно сделать тонкую проволоку в 3.5 километра. Она будет гибкой и не сломается. Повторить такое с менее пластичным металлом не получится.
• Также часть металлов проводит ток лучше, чем другие. Самыми электропроводными металлами признаны медь, серебро и алюминий. Их наиболее часто применяют в качестве проводящих элементов.